Quy trình sản xuất ethanol từ ngô

HieuBio

        Có hai phương pháp để sản xuất ethanol từ ngô: nghiền ướt hoặc nghiền khô. Theo phương pháp nghiền ướt, ngô được nhúng vào nước hay axits hoà tan để tách ngô thành các thành phần (tinh bột, protein, mầm, dầu, chất xơ,…) trước khi chuyển hoá tinh bột thành đường để lên men thành ethanol.

        Theo phương pháp nghiền khô, ngô được nghiền thành bột mịn và chế biến mà không phân tách ngô thành các thành phần.

Phần lớn ethanol được sản xuất theo phương pháp nghiền khô. Các bước cơ bản trong quá trình nghiền khô bao gồm:

1. Nghiền: ngô được xay thành bột mịn.

2. Hoá lỏng và đun nóng bột mịn: Bổ sung chất lỏng vào bột mịn để làm hỗn hợp nghiền nhừ, sau đó dùng nhiệt để chuyển tinh bột thành dạng lỏng và loại bỏ vi khuẩn.

3. Thuỷ phân enzyme: Enzyme được bổ sung để phá vỡ chuỗi carbonhydrate để chuyển tinh bột thành chuỗi đường ngắn và thậm chí phân tử đường glucose.

4. Lên men: Hỗn hợp nghiền nhừ sau thuỷ phân được chuyển vào bồn lên mem nơi men được bổ sung để chuyển hoá glucose thành ethanol.

5. Chưng cất: Nước súp tạo ra trong quá trình lên men là dung dịch ethanol hoà tan (10-12%). Dịch được bơm qua nhiều tháp trong khoang chưng cất để tách ethanol khỏi chất lỏng và nước. Sau khi chưng cất, ethanol có độ tinh khiết 96%. Chất rắn được bơm ra khỏi đáy thùng và được chế biến thành sản phẩm phụ giàu protein cho sản xuất thức ăn chăn nuôi DDGs.

6. Tách nước: Lượng nước rất nhỏ trong ethanol vừa chưng cất được tách ra bằng vi lưới lọc để cho ethanol tinh khiết.

Ethanol được sản xuất từ cây mía, bã mía, bắp, thân và hạt lúa miến, củ cải đường, lúa mạch, đai, bố, khoai tây, khoai lang, trái quả, hoa hướng dương, rơm rạ và các loại sinh khối khác. Trước khi lên men, các enzyme được dùng thủy phân các chất tinh bột, chất mộc cellulose thành phân tử đường. Từ đó, chất đường glucose được phân tích thành 2 phân tử: ethanol và carbon dioxide (Wikipedia: ethanol fuel):

C6H12O6 → 2C2H6O + 2CO2

Rượu ethanol (C2H6O) được dùng làm nhiên liệu ô tô sẽ bị đốt cháy với hòa trộn oxygen trong động cơ để sản xuất carbon dioxide, nước và nhiệt lượng:

C2H6O + 3O2 → 2CO2 + 3H2O

Tổng hợp hai công thức trên như sau:

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + nhiệt lượng

Nhiệt lượng dùng chạy máy, còn carbon dioxide là loại khí thải làm hâm nóng bầu không khí.

Quá trình sản xuất rượu ethanol làm nhiên liệu sinh học sạch gồm có 3 giai đoạn:

(i) Lên men chất đường với chất men (microbial yeast). Hiệu năng sản xuất ethanol của mía đường cao gấp 6 lần so với bắp.

(ii) Cất rượu: Rượu ethanol dùng để làm nhiên liệu cho xe ô tô phải chứa rất ít nước bằng phương pháp cất rượu, nhưng rượu thuần chỉ đạt đến giới hạn 95-96%. Loại rượu này có thể dùng chạy máy, nhưng không thể hòa trộn với dầu xăng.

(iii) Làm khô: Đây là phương pháp làm ròng rượu ethanol bằng cách dùng sàng phân tử ZEOCHEM Z3-03, hoặc thêm chất hydrocarbon benzene hoặc dùng chất calcium oxide như là chất làm khô để khử nước trong rượu.

      Các loại rượu ethanol có thể dùng riêng rẽ hoặc hòa trộn với xăng dầu, và các nhà chế tạo xe ô tô hiệân nay sản xuất nhiều loại xe có thể chạy bằng chất hỗn hợp một cách an toàn. Nếu chỉ dùng ethanol để chạy xe thì độ thuần rượu phải tối thiểu 71% (Aakko and Nylund, 2004). Dĩ nhiên, càng ít chất ethanol và nhiều nước công suất của máy càng giảm. Hơn nữa, rượu ethanol có năng lượng kém hơn xăng dầu. Một cách tổng quát, rượu ethanol khô (không chứa nước) cung cấp 1/3 năng lượng thấp hơn cho mỗi đơn vị thể tích, so với xăng; vì thế cần có bình chứa to hơn và cần rượu ethanol nhiều hơn để xe chạy cùng khoảng cách so với xăng. Rượu ethanol thường có đặc tính làm xói mòn các vật chứa trong hệ thống nhiên liệu, từ bình chứa đến bộ phận nổ của đầu máy. Do đó, tùy theo mỗi nước, nhà sản xuất thường hòa trộn rượu ethanol với xăng dầu ở mức độ nào đó. Ở Brazil, xăng trộn với 23% ethanol kể từ 2006, ở Mỹ 10%. Hiện nay, có nhiều loại xe được chế tạo để sử dụng loại xăng trộn này với động cơ có hệ thống vi tính điều khiển pha trộn hiệu quả cao cho các tỉ lệ ethanol/xăng khác nhau, từ 0 đến 100% ethanol.